Polysilikater

Polysilikater är geokemiskt viktiga föreningar som bildas genom reaktionen av den sura oxiden SiO2 (kiseldioxid) och basiska metalloxider. Dessa föreningar har bestämda kiseloxo anjoner med kovalenta si-O-bindningar men har inte den enkla silikat Jon SiO44 -. Snarare har de många 2-koordinat syreatomer som förbinder kiselatomerna i oligomera eller polymera strukturer. I nästan alla silikater har kisel ett samordningsnummer på 4.,

den Ortosilikatjon, SiO44 –

den ortosilikatjon är inte närvarande i en mängd olika mineraler. Det är en mycket stark bas som inte kommer att kvarstå i vattenlösning. I naturen finns det i kombination med sura katjoner i olösliga salter.

oligomera Polysilikater

polymera silikatstrukturer kräver överbryggande (2-koordinat) oxygener. För att göra plats för ett överbryggande syre måste en oxid avlägsnas från” mottagande ” kisel.

disilikatjonet är ovanligt i naturen., Det finns bara i den sällsynta mineraltortenveitite, Sc2Si2O7. Större strukturer som trisilikat och tetrasilikat är extremt snabba.

cykliska oligomera Polysilikater

i stället för att bilda långa öppna kedjestrukturer kommer kedjans ändar att länka till eliminering av oxidjoner.

metasilikatjon är en oligomer av den okända SiO32 – ion. I dessa strukturer har varje kisel två överbryggande och två terminala syreatomer. Det finns en -2 laddningstäthet per kiselatom., De vanligaste cykliska polysilikaterna är de cykliska trimmersna, (SiO3)36-och de cykliska hexamersna (SiO3)612-.

den cykliska trimeren finns i mineralet benitoite, BaTi(Si3O9.

den cykliska heramern finns i mineralberylen, Be3Al2(Si6O18)

Kedjapolysilikater

linjära (1-D) polymerer av formel (SiO3)n2n – kan bildas via överbryggande oxygener. I dessa strukturer finns en laddning av -2 per kiselatom., A group of minerals called the pyroxene minerals have this type of structure.

Pyroxene Minerals
enstatite	MgSiO3
diopsite	CaMgSi2O6
spodimene	LiAlSi2O6
pollucite	CsAlSi2O6

Linear chains may be linked side-by-side if an oxide ion is replaced with another bridging oxygen atom., Om denna länkning sker vid alternativa sio3-grupper i varje kedja, en dubbelkedjig struktur (Si4O11)n6n – resultat. I sådana strukturer finns en minskning av laddningen och antalet syreatomer per kiselatom.
krokidolit, ett asbestmineral av Formel Na2Fe5(OH)22, är ett exempel. Detta mineral är fibrös i naturen och har Brand-och värmebeständiga egenskaper som härrör från anjonens långa kedjestruktur.

Ark Polysilikater

när sida-till-sida länkning av kedjor fortsätter på obestämd tid, elimineras fler oxider och en 2-D polymer resultat., Dessa 2-D-polymerer kallas arksilikater och innehåller n4n – anionen. Mineraler som innehåller denna struktur klyvs lätt i tunna ark.,

micas muscovite and biotite clay minerals montmorillonite, kaolinite,
china clay and vermiculite talc &nbsp soapstone &nbsp chrysotile asbestos &nbsp

3-D Polymeric Silicates

Sheets are linked into a 3-D polymer when all the oxide ions are eliminated (all oxygens in the structure are bridging)., Denna struktur innehåller oladdad oxid kiseldioxid n som inte längre är grundläggande utan snarare en sur oxid. Många vanliga mineraler innehåller denna struktur: kvarts, flint, jaspis, onyx, ametist, Citrin, agat och kalcedon.,
successiva polymerisationssteg:

resulterar i successiv reduktion av o/Si-atomförhållandet

4:1 i ortosilikat
2:1 i kiseldioxid

minskning av antalet terminala oxygener per kisel

minskning av laddning per kiselkärna

problem

placera följande mineraler i ordning av ökande grad av polymerisation., För att göra detta, beräkna o / Si-förhållandet (ju lägre förhållandet desto mer polymeriserade strukturen.

pyrofyllit, Al2Si4O10(OH)2
grunerite, Fe7Si8O22(OH)2
spessartit, Mn3Al2Si3O12
bustamit, CaMn(SiO3)2

glas

när sur kiseldioxid reagerar med basiska oxider vid mycket höga temperaturer (~1700 0C) och kyls sedan för snabbt för polysilikatjoner för att tillåta Fomation av de ordnade polysilikatjoner som finns i mineraler att bilda. Resultatet är bildandet av ett amorft fast eller glas., Glasögon kännetecknas av att det inte finns någon bestämd fryspunkt.
enkelt glas görs genom smältning (smältning) sand med natriumbikarbonat och kalksten (källor till de grundläggande oxiderna Na2O och CaO). Under denna process bryts kisel-syrebroar.

specialglas görs genom att ändra sammansättningen av sura och basiska oxider i glaset.

Pyrex ™ glas är ovanligt resistent mot termisk chock. För att göra det 10-25% b2o3, införlivas en sur oxid i strukturen.,
färgade glasögon införliva D-block metalloxider som en del av den grundläggande oxid komponent
införlivande av strontium oxid ger ett glas som absorberar röntgenstrålarna emittd av färg TV-apparater
de fina optiska egenskaper som behövs i kameralinser kan erhållas genom införlivande av La2O3

Läs mer om glasögon här och på Corning Museums glas resurs webbplats.

Jordkemi

det faktum att polymeriserade polysilikatjoner i allt högre grad har minskande laddningar per kisel vilket resulterar i sänkt grundlighet har viktiga konsekvenser i markkemi.,

ju mer grundläggande polysilikatanjon av ett mineral, desto lättare kommer det att reagera med svaga syror och genomgå förväxling.

regnvatten är något surt på grund av upplöst CO2 även i tha frånvaro av svavel och kväveoxider.
över tiden kommer regnvatten att reagera med de mindre polymeriserade silikatanjonerna för att ersätta oxidjoner med överbryggande syre som ger ett mer polymeriserat silikat. Oxiderna avlägsnas som vattenmolekyler.,

jordar som innehåller stora mängder ortosilikater som olivin är ”ungdomliga” jordar. De är antingen nyligen kristalliserade från magma eller närvarande i en ökenregion.
mellanstadiet av förväxling har stora mängder lager silikater såsom lera samt vissa kvarts. Dessa jordar tenderar att hittas i tempererade områden under ett lock av gräs eller träd. Sådana jordar är mindre bördiga än nybevattnade deserjordar på grund av förlusten av det icke-acidiska växtnäringsämnet K+., Lager silikater som finns i mellanliggande jordar kan fortfarande hålla katjoner på sina negativt laddade ytor som kan släppas som växt behöver dem. Dessa jordar finns i de fortfarande ganska bördiga majs-och vetebältena.

isomorf Substitution

Polysilikatjoner har negativa laddningar som måste motverkas av lämpliga katjoner. De terminala oxygenerna har negativt laddade ytor som approximerar närförpackade ytor med negativ laddning., De katjoner som behövs för att neutralisera polysilikats negativa laddning är belägna i skikten mellan kedjorna eller skikten eller i de tetraedriska eller oktaedriska hålen som finns i 3D-gitteret.
de typer av katjoner som finns i en viss form av polysilikat beror på”

storleken på katjonerna
laddningen av katjonerna

eftersom det finns en hel uppsättning joner som har samma laddning och mycket liknande radier, finns det liten anledning till att en av dessa matchade typer av joner föredras över en annan när ett mineral bildas vid kylning av smält magma.,
om du Till exempel olivin, som har en utmärkt sammansättning av Mg2SiO4, kan innehålla olika procentsatser för isomorphous subtitution av Fe2+ (radie 92 pm) i stället för ett lika stort antal Mg2+ – joner (radie 86 pm).

första principen för isomorf substitution

en katjon kan ersätta en annan i ett galler om de har identiska avgifter och skiljer sig i radier med högst 10 till 20%.,

andra Priciple av isomorf Substitution

för joner av samma storlek måste den totala laddningen av ersättningsjonerna motsvara den totala laddningen för de ersatta jonerna. Varje jon behöver inte vara av samma laddning.
isomorf substitution ökar antalet möjliga substitutioner i silikater.
exempel katjoner i de flesta silikatmineraler är i stor utsträckning substituerade vilket gör icke-ekonomiska malmer för de flesta element., Det finns diagonala relationer av element (särskilt under den andra perioden) till elementen en grupp till höger och en period ner på bordet.

problem

vilka av följande mineraler kan uppstå genom isomorfa substitutionsprocesser i leucit, K(AlSi2O6)?,

k(YSi2O6)
Rb(AlSi2O6)
Ba(BeSi2O6)
Ba(AlSi2O6)

tips: Det finns två grundläggande principer för jonföreningar som måste följas i isomorf substitution:

den totala avgiften för alla katjoner måste motsvara den totala avgiften för alla anjoner.
för att substitutionen ska vara isomorf måste det totala antalet katjoner som går in vara ungefär lika med den totala laddningen för alla katjoner som ersätts.